Juillet 2013

• Refonte du site internet du Gis Sol
• Déploiement de DoneSol 3
• De nouveaux intitulés pour les niveaux de qualité des RRP
• Finalisation des RRP de la Vienne et de l’Eure-et-Loir
• Implantation du RMQS à La Réunion et Mayotte

L’effet de serre est un phénomène naturel par lequel certains gaz présents dans l’atmosphère absorbent une partie du rayonnement émis par la surface de la Terre et le renvoient vers celle-ci, contribuant à la réchauffer. Depuis plus d’un siècle, les activités humaines l’amplifient, principalement par l’émission de dioxyde de carbone (CO₂), de méthane (CH₄) et de protoxyde d’azote (N₂O).

Les sols échangent en permanence ces différents gaz à effet de serre avec l’atmosphère, agissant comme puits ou source selon les conditions pédoclimatiques et l’usage des sols. A l’échelle mondiale, on estime que les trente premiers centimètres de sol représentent un réservoir de carbone 2 à 3 fois plus important que la biomasse végétale ou l’atmosphère. Les sols contribuent aussi très fortement aux émissions de N₂O via la fertilisation azotée et de CH₄ en zones humides. Les sols forestiers bien drainés sont considérés comme des puits de méthane. En France métropolitaine, les stocks de C dans les sols ont été évalués entre 3 et 4 milliards de tonnes de C et ce sont principalement des émissions de N₂O qui sont observées.

Les activités humaines peuvent affecter fortement et rapidement les sols et les émissions de gaz à effet de serre par :

• les changements d’occupation des sols comme la mise en culture d’une prairie ou l’artificialisation qui aboutiront à un déstockage de C et à des émissions accrues de N₂O.
• l’effet des pratiques des agriculteurs et des forestiers sur la productivité végétale et la gestion des apports de fertilisants (ex: fertilisation azotée, couverture du sol en hiver), l’aération du sol (ex: tassement du sol), le retour au sol de matières organiques (ex: apports de composts, exportation des pailles, gestion des rémanents forestiers) et la minéralisation des matières organiques du sol (ex: travail du sol).

Les sols hébergent une microflore bactérienne abondante et d’une grande diversité. Les sols peuvent ainsi constituer des réservoirs d’espèces pathogènes connues comme Clostridium responsable du tétanos et du botulisme, Bacillus de l’anthrax ou Mycobacterium de la tuberculose. Un nombre croissant d’espèces ayant une distribution ubiquiste dans l’environnement (sol, eau, sédiment, plante, …), comme par exemple Escherichia Coli bactérie commensale du tube digestif, sont impliquées dans des infections nosocomiales et intègrent la liste des pathogènes opportunistes.

Si les espèces pathogènes ne sont généralement pas permanentes dans les sols, certaines espèces peuvent être introduites lors de pratiques agricoles comme l’épandage de fumier, de lisier ou de boues de station d’épuration. La présence dans les pâturages d’animaux porteurs de pathogènes ou l’utilisation malencontreuse d’eau souillée en irrigation peuvent également contaminer les sols. Par ailleurs, les sols pourraient être la source de nouvelles propriétés de virulence et de résistance aux antibiotiques. Ainsi, l’utilisation d’antibiotiques en agriculture, aquaculture et horticulture exerce une pression de sélection susceptible d’induire des résistances chez les bactéries pathogènes.

Dans le cadre du RMQS, le projet PATHO-RMQS a étudié la distribution de différentes espèces pathogènes dans les sols et le rôle des activités humaines sur le territoire métropolitain. Les résultats indiquent que les sols constituent pour certaines espèces comme Escherichia Coli de véritables réservoirs alors que d’autres comme Salmonella enterica ou Acinetobacter baumannii sont présentes beaucoup plus sporadiquement.

Les polluants organiques persistants (POP) sont des molécules définies par quatre propriétés : leur toxicité pour la santé humaine ou l’environnement, leur persistance ou rémanence dans l’environnement liée à leur résistance à la dégradation, leur capacité de concentration progressive dans les tissus vivants et la chaîne alimentaire et leur capacité d’être transportés sur de longues distances. Plusieurs familles de molécules entrent dans cette catégorie : les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les polychlorobiphényles (PCB), les pesticides organochlorés (OCP) pour la plupart aujourd’hui interdits en France, les dioxines (PCDD) et les furanes (PCDF), les polybromodiphényléthers (PBDE), certains herbicides (triazines et phénylurées) et organo-étains. L’origine de ces polluants peut être uniquement anthropique comme pour les OCP ou les PCB ou à la fois anthropique et naturelle comme pour les HAP.

Compte tenu de ces caractéristiques et de leur impact sur la santé et l’environnement, l’évaluation de la présence et la connaissance de la distribution de ces contaminants, dans les horizons de surface des sols des sites du Réseau de Mesures de la Qualité des Sols, ont fait l’objet de plusieurs programmes financés par le GIS Sol  entre 2008 et 2013. Le laboratoire d’analyses des sols de l’Inra Arras, partenaire de tous ces projets a développé des méthodes d’analyses de ces molécules en routine.

Nous disposons aujourd’hui des teneurs de 16 HAP, 20 PCB, 10 furanes  et 7 dioxines pour l’ensemble des sites de métropole et d’outre-mer (~2200), de 13 OCP pour environ 500 sites répartis sur l’ensemble du territoire métropolitain, de 27 PBDE et de 10 triazines et 8 phénylurées respectivement sur 90 et 200 sites répartis dans la partie nord de la France.

De nombreux contaminants de la famille des POP ne sont que peu présents et peu détectables dans les sols de France, jusqu’ici analysés. En revanche, certains apparaissent légèrement plus ubiquistes, d’autres présentent des teneurs élevées localement. Les programmes en cours ont permis de cartographier 4 HAP et 3 OCP (lindane, DDE et DDT) à l’échelle du territoire. Des hypothèses ont été formulées en particulier pour la répartition du lindane interdit depuis 1998. Parmi les herbicides, l’atrazine est présent dans 80% des échantillons analysés dans les sols du Nord de la France. Des analyses complémentaires sont en cours pour affiner la répartition spatiale des molécules et mieux comprendre l’origine de leur répartition.

Le cas de la chlordécone aux Antilles françaises : un enjeu de santé publique. Cette molécule organochlorée de synthèse, était utilisée comme insecticide contre le charançon du bananier de 1972 à 1993 et apportée à des doses massives Une étude conduite en 2001 par le ministère de la Santé a montré l’ampleur et la durabilité de la contamination, affectant les eaux, les sols, les espèces aquatiques, l’eau potable et les aliments. La molécule est aussi présente dans le sang d’hommes, de femmes et d’enfants.

Les données acquises dans le cadre de la cartographie des sols couplées à des analyses ont permis d’évaluer les teneurs en chlordécone au sud de Basse–Terre (Guadeloupe) et leur évolution au cours du temps (Cabidoche et al, 2009, Levillain et al, 2012). Des cartes de risques de pollution des sols montrent qu’en Guadeloupe 1/5^ème de la surface agricole utile est contaminée. Cette proportion atteint  2/5^ème en Martinique. Plusieurs siècles seront nécessaires pour que la molécule disparaisse des sols.

L’étalement urbain et la construction d’infrastructures de transport induisent une artificialisation des sols. Les incidences sur l’environnement sont nombreuses : la perte de ressources naturelles et agricoles, la fragmentation des habitats naturels et des corridors biologiques, l’intensification du ruissellement des eaux et l’altération de leur qualité, l’augmentation du risque d’inondation, etc. Cependant, tous les sols artificialisés ne sont pas imperméabilisés. L’imperméabilisation des sols correspond au recouvrement permanent du sol par un matériau imperméable. Elle altère la plupart des fonctions des sols de façon irréversible, en particulier celles qui concernent la régulation des flux hydriques.

Selon l’inventaire CORINE Land Cover de 2006, les espaces artificialisés (tissu urbain continu ou discontinu, zones industrielles ou commerciales, réseaux de communication) représentent  5 % du territoire métropolitain, tandis que les terres agricoles occupent 60 % et les forêts et espaces semi-naturels 34 %. Les espaces artificialisés continuent cependant de s’étendre avec une augmentation de 3 % entre 2000 et 2006, soit environ 80 000 hectares, principalement au détriment des sols agricoles. La progression de l’artificialisation des sols est contrastée selon les régions. Les plus densément peuplées (Alsace, Île-de-France, Languedoc-Roussillon, Nord, Provence–Alpes-Côte d’Azur) sont soumises à une forte progression de l’artificialisation. Il en va de même pour la vallée du Rhône, le pourtour des grandes agglomérations, le long des infrastructures et du littoral.

À l’échelon de la France métropolitaine, ce sont surtout des sols de très bonne qualité agronomique qui ont été artificialisés entre 2000 et 2006 : ils représentent plus d’un tiers des surfaces agricoles artificialisées au niveau national. C’est ce qui ressort de l’étude du classement des sols agricoles (à partir des données de CORINE Land Cover 2000), pour chaque région, en cinq classes de qualité agronomique en fonction des valeurs de leur réserve utile en eau.

Processus majeur de dégradation physique des sols, le tassement concernerait 33 millions d’hectares en Europe, soit 4 % des terres. Il résulte essentiellement de la mécanisation des activités agricoles et forestières. Le tassement des sols est le résultat d’une interaction entre l’humidité du sol, sa sensibilité à la compaction et la pression exercée par les engins d’exploitation agricole ou forestière, ou encore par le piétinement du bétail. Lors du travail du sol, du semis, des épandages, des récoltes ou des travaux de débardage, un tassement irréversible peut en effet se produire si les pressions exercées par les passages d’engins lourds s’effectuent sur un sol humide. Faibles lors du semis ou de la préparation du sol (30 kPa), ces pressions sont très fortes lors des récoltes et de leur transport, ou lors de l’abattage ou du débardage du bois (jusqu’à 200 kPa). Le risque de tassement des sols est par exemple estimé supérieur à 75 % lors de la récolte de maïs grain sur les sols sableux dans les Landes (Projet DST, 2005 – Gessol).

Le tassement des sols entraîne une baisse de la production et augmente les impacts environnementaux, avec l’accroissement du risque de lessivage des nitrates, d’émission de gaz à effet de serre (N₂O, CH₄), de ruissellement et d’érosion des sols. Aujourd’hui, la tendance à la simplification du travail du sol en grande culture pour réduire les charges de mécanisation et l’érosion, limite également les possibilités de régénérer la structure des sols grâce à la fragmentation par les outils. Éviter les situations à risque n’étant pas toujours possible, certaines pratiques comme le cloisonnement ou l’utilisation de pneumatiques adaptés peuvent alors limiter l’impact du tassement des sols.

Les matières organiques du sol se définissent « comme tout ce qui est vivant ou a été vivant dans le sol ». Elles constituent le réservoir de carbone organique terrestre le plus important, devant la biomasse des végétaux. Le premier mètre des sols mondiaux stocke entre 1500 et 2400 milliards de tonnes de carbone organique. En France métropolitaine, les stocks dans la couche superficielle (0-30 cm) des sols sont évalués à environ 3,2 milliards de tonnes.

Ce carbone organique provient de la décomposition des végétaux ou d’apports de matière organique exogène (ex: effluents d’élevage).  Les matières organiques du sol sont ensuite dégradées plus ou moins rapidement sous l’action des micro-organismes du sol en fonction des conditions du milieu (aération, humidité, localisation de la matière organique dans le sol, température, etc.), des usages et des pratiques agricoles (récoltes, gestion des résidus, etc.).  Cette dégradation produit du CO₂ qui est émis en retour dans l’atmosphère. Toute modification de l’équilibre entre apport et minéralisation entraîne une variation, positive ou négative, des stocks de carbone des sols. Ceux-ci peuvent donc constituer un puits ou une source de CO₂ atmosphérique. Ainsi, la minéralisation des matières organiques du sol sous l’effet de changements d’occupation ou d’usage (déforestation, retournement de prairies, etc.) peut être à l’origine de flux très importants de CO₂ vers l’atmosphère.

Par ailleurs, les matières organiques rendent de nombreux services environnementaux. Elles constituent l’alimentation des organismes vivants du sol. Elles adsorbent et contiennent de nombreux éléments qu’elles relâchent lors de leur dégradation : des nutriments pour les plantes mais aussi parfois des contaminants. Les matières organiques sont indispensables à la structure des sols et à leur stabilité vis-à-vis de la pluie. Ainsi, il est important de maintenir un stock pour maintenir la fertilité des sols mais aussi pour limiter les transferts d’éléments contaminants vers les milieux.

La notion de fertilité des sols est souvent ambiguë, car elle présente plusieurs composantes. Aux sens agronomique et agro-environnemental, elle est définie comme la capacité des sols à soutenir une forte productivité végétale tout en minimisant les apports de matières fertilisantes procurant des éléments nutritifs indispensables aux cultures, les amendements organiques ou minéraux, ou les autres actions correctives.

La diminution des apports de certains engrais minéraux (potassiques ou phosphatés) pose la question du maintien de la fertilité des sols à long terme au regard des pratiques agricoles actuelles. En revanche, certaines situations excédentaires sont préjudiciables à la qualité des eaux. Les carences en certains oligo-éléments apparaissent relativement fréquentes. Enfin, l’acidification se manifeste surtout en sols forestiers peu pourvus en carbonates et en silicates. En milieu tropical, de très nombreux sols sont naturellement acides.

Le sol est le support de la biodiversité terrestre, qu’elle soit bien visible à nos yeux ou au contraire cachée, sous nos pieds. S’il est connu que la nature du sol (texture, acidité, fertilité) détermine les paysages et la diversité des espèces végétales et animales s’y développant, il est encore peu connu qu’une biodiversité bien plus importante réside également dans les sols eux-mêmes. Les communautés du sol présentent une profusion de formes de vie et de fonctions : elles constituent une part importante de la biomasse terrestre (200 kg à 4 tonnes de vers de terre par hectare) et de sa biodiversité (de 100 000 à un million d’espèces de bactéries différentes par gramme de sol). Classiquement, les organismes du sol sont regroupés suivant leurs tailles : visibles à l’oeil nu (méga ou macrofaune), à la loupe binoculaire (mésofaune) et au microscope (microfaune et microflore). Ils sont tout à la fois des « chimistes » en charge de la décomposition et de la transformation des matières organiques en éléments assimilables par les plantes (rôle exercé principalement, mais pas exclusivement, par les micro-organismes), des « régulateurs », contrôlant l’activité des décomposeurs, mais également des bioagresseurs (rôle rempli par les petits invertébrés comme les collemboles, les acariens et les nématodes) et des « ingénieurs », entretenant la structure du sol (action assurée par les vers de terre et les fourmis). Certains micro-organismes du sol sont également des pathogènes des plantes, des animaux ou de l’Homme.

La question du nombre d’espèces d’organismes existant à l’échelle globale reste toujours sans réponse précise. Cette fraction oubliée pourrait représenter un quart de la biodiversité mondiale. L’amélioration des connaissances de ce patrimoine biologique peut permettre de mieux le protéger et de l’utiliser pour une agriculture moins consommatrice d’intrants (la diversité des nématodes libres du sol permet de réguler la pression parasitaire sans utiliser de pesticides et la diversité microbienne entretient la fertilité chimique des sols) et pour des usages nouveaux, encore inconnus (production de médicaments, de matériaux). A l’échelle nationale, des premiers travaux ont analysés la biomasse microbienne et les invertébrés sur la base du Réseau de Mesure de la Qualité des Sols.

Les minéraux présents dans le sol représentent la matière dominante du sol tant en masse qu’en volume. Ils proviennent soit des roches dans lesquelles le sol s’est développé (feldspaths, micas, quartz), soit de la transformation des minéraux préexistants dans la roche, soit de la néoformation de nouveaux minéraux (oxydes, argiles).

Leurs propriétés physico-chimiques régulent divers mécanismes physiques et chimiques dans les sols. Ainsi, les minéraux du sol et leur organisation dans l’espace sont responsables des réserves en eau et contribuent à l’offre d’éléments nutritifs pour les plantes. Avec les matières organiques, ils influent sur la régulation de la chimie des eaux naturelles, car ils peuvent immobiliser les excès d’engrais minéraux utilisés en agriculture, les pesticides, ainsi que divers polluants. Ils contribuent également à la neutralisation des effets des dépôts atmosphériques acides.

Les argiles en particulier, de très petite taille (inférieure à 2 micromètres), ont des surfaces très réactives, chargées négativement. Cela leur confère d’extraordinaires propriétés pour participer à une multitude de processus qui concernent des molécules diverses, des éléments minéraux, des polluants organiques, des éléments toxiques ou contaminants et des éléments traces.

Les constituants du sol sont classés selon leur taille. Cette analyse granulométrique distingue deux grands ensembles de constituants : la terre fine correspondant aux constituants de diamètre inférieur à 2 millimètres, et les éléments grossiers qui mesurent plus de 2 millimètres. Au sein de la terre fine, trois grandes fractions sont considérées : les argiles de taille inférieure à 2 micromètres, les limons de taille comprise entre 2 et 50 micromètres, et les sables entre 50 micromètres et 2 millimètres. La texture correspond à un classement selon les proportions de ces trois fractions principales permettant de distinguer les sols sableux, limoneux ou argileux.

De nombreuses propriétés physiques et chimiques sont liées à la texture. Elle agit sur la structure du sol c’est-à-dire sa capacité à former des agrégats et donc en corollaire des pores, vecteurs des flux d’eau, d’air et d’éléments minéraux et organiques dans le sol. Elle intervient également dans la capacité du sol à retenir l’eau.

La texture d’un sol n’est pas homogène. Elle varie en fonction de la profondeur soit en raison de l’hétérogénéité du matériau dans lequel le sol se développe, soit à cause de certains processus de formation des sols qui créent des mouvements de matières au sein du sol. Ces variations de texture peuvent générer des comportements particuliers des sols. Les horizons plus argileux étant plus imperméables, ils créent un obstacle à l’écoulement des eaux. Cela peut entraîner des zones d’excès d’eau temporaire, appelées nappes perchées, qui sont très contraignantes pour les cultures.